1、上海地铁 9 号线车载 VOBC 系统冗余问题分析摘要：上海轨道交通 9 号线采用了泰雷兹提供的 VOBC 车载信号系统，这套系统以三取二冗余的方式来保证列车运营过程中设备工作的稳定、安全、有效、可靠，本文就 VOBC 系统的冗余功能进行介绍，并对其优点及局限性进行描述，对日常维护中冗余故障的现象、原因、故障处置方法做一定的分析和探讨。 关键词 车载 VOBC3 取 2 冗余优点局限性故障探讨 中图分类号： U231+.4 文献标识码： A 文章编号： 1、VOBC 系统概述 车载 VOBC 系统是车载 ATC 的核心内容，VOBC 采用冗余校验“3 取2”的原则执行 ATP 和 ATO 功能
2、。它不但对车辆的状态进行着监控，保证列车设备的功能处于正常状态，并且它通过 TI 天线探测轨道上的应答器和数据通信系统（DCS）与中央设备保持通信，确定列车运行的精确位置，下图 1 为 VOBC 的设备分布图。 图 1 2、3 取 2 冗余 2.1、冗余的功能 VOBC 系统以“3 取 2”的冗余方式来确保设备工作安全。正常状态下，VOBC 的三个微处理器产生相同的指令给车辆系统，以及传送到 ZC 的相同状态报文，每个处理器的输出同时与其它两个处理器的输出进行比较，最终以两路的形式进行输出。如果其中一个处理器输出与其他两个输出不同时，其将被关闭，并且该设备将按照“2 取 2”的模式继续运行。如
3、果所有三个处理器输出都不相同，则整个设备将被关闭，这将禁止生成紧急制动缓解信号，并且 VOBC 将处于死机状态。图 2 为车辆输出表决，图 3 为以太网输出表决。 图 2 图 3 2.2、冗余的作用及优点 冗余的作用就像其功能所述，当 VOBC 设备中的信息指令输出发生不一致，或者 VOBC 本身硬件出现问题（如 PICC、PCM PSU、CPU、MPU PSU等） ，导致其中的一个微处理器所输出的信息指令与其他两个微处理器不一致，在这种情况发生时，VOBC 中的隔离板就会将指令不一致的那路处理器通道进行断电，使 VOBC 降级至“2 取 2”的工作模式。这样的设计方式优点在于可以确保设备安全
4、的同时，也降低了故障的发生率，维护人员可以通过 ATS 数据或夜间日检工作发现冗余丧失故障并即使得以处理，不对正线运营造成影响。 2.3、冗余的局限性 除了以上的优点，VOBC 的“3 取 2”功能也有其局限性，有时某些信号指令输出故障时，三个处理器通道无法通过表决来进行故障通道的隔离，而当第二个处理器通道也发出不同的指令时直接造成了 VOBC 死机的故障，给正线运营带来了影响。 除此之外，由于泰雷兹的这套 VOBC 系统“3 取 2”的冗余仅限于处理器单元，其外围输入、输出部分、车地通信部分及无线通信部分都不具备完全的冗余，当其中任意一部分出现问题时，都将使 VOBC 无法正常工作，简单的说
5、，泰雷兹系统的“3 取 2”实则为“大脑”的 3 取 2，而作为“手脚功能”的外围设备则是独一无二的，因此这也大大提高了维护人员对外围设备的检查要求及力度，只有外围设备的工况良好，才能体现 VOBC 系统“3 取 2”功能的价值。 3、冗余故障 3.1、冗余故障的现象 下图 4 中，红色框为微处理器通道 1，绿框为通道 2，粉色为通道3。当任一一个微处理器输出指令不一致时，黑色的隔离板就将断开其故障通道的供电，由此则转入“2 取 2”工作模式。当 PPU 子架板卡故障时，MPU 子架对 ZC 的通信依旧保持“3 取 2”状态，而 MPU 子架板卡故障时，列车与 ZC 以及车辆系统的输出都将降级
6、为“2 取 2”状态。 图 4 3.2、特殊故障案例分析 在上文冗余的优点及局限性中提到某些故障发生时列车“3 取 2”的功能看似正常，但实际内部已经不具备“3 取 2”的功能，当有一路通道再发生故障时就造成 VOBC 死机，下面来介绍几类类似故障，并对此做一个简单分析和探讨。 3.2.1、VID 故障 VOBC 识别号(VID)是一个编程到外部 VID 插头的唯一 12 位号码。VOBC 读取该 VID 插头，并用该号码将自身识别到轨旁设备中。在正常工作状态下，VID 位在三个副本中的表决状态是相同的，当其中一路副本出现故障时，其相应通道的 VID 译码就和其他两个副本不一致，VOBC 系统
7、内部已经失去了“3 取 2“的功能，但在这种情况下从硬件灯位上无法判断，往往会造成故障的疏漏。下图 7 为 PPU VID 分配表 图 7 在日常故障处理中也曾发生过类似的故障，下面举两个 VID 的故障实例来更为形象的描述 VID 所造成的冗余丧失故障。 VID 故障一：VIM3 板卡所造成的 VID 故障 某列车正线发生 VOBC 死机，通过中央 ATS 数据筛查，发现报警显示VID 存在信号表决不一致问题，随后对列车进行静调测试，发现通道 2 的参数确实存在异常，致使 VOBC 丧失冗余，随后更换 PPU 子架后，确认通道 2 参数恢复正常，故确认故障是 PPU 子架造成，对 PPU 子
8、架进一步分析后，发现 VID 插头的信号输入是通过 VIM3 来接收的，VIM3 为 VID 插头提供了接口，随后对 VIM3 板卡进行更换后，冗余功能恢复，因此也了解了 VIM3 在 VOBC 中起着实现冗余功能桥梁的作用。 VID 故障二：VID 自身硬件故障 由于 VID 自身硬件故障极为少见，所以故障发生时，起先以为是 MPU子架或 PPU 子架故障导致的，但是将两类子架分别进行更换后，列车出库依旧发生死机故障，最后在对列车进行静调测试的时候发现其中有一位的 VID 位为低电位，而正常应该为高电位，随后通过对该位的查表，确认为副本通道 3 的 VID 故障，最终也通过断开通道 1 或
9、2 都会造成VOBC 死机，通道 3 断开 VOBC 正常来确证了 VID 故障，从而了解了当 VID硬件故障时会导致 VOBC 失去“3 取 2”的冗余。 以上两个 VID 的故障实例，让我们对 VID 与 VOBC 冗余的关系有了进一步的了解，为日后同类故障的处理积累了宝贵的经验。 3.2.2、PCM PSU 故障 一般发生 PCM PSU 故障都会导致相应通道的 PICC 将被隔离，但是有一种情况会导致 VOBC 重启时直接造成 VOBC 无法通过自检，而并非从“3取 2”降级至“2 取 2”,这种冗余的例外是由于 VOBC 在重启的过程中三个微处理器都会给各自通道的 PICC 发送一个
10、生命周期监控（LCM）信号，并由 PICC 成功解码生命周期监控器 (LCM)信号为过程循环监控器/电源(PCM/PSU)模块上的 PCM 继电器供电，使 PCM/PSU 模块将 VOBC 置于活动 模式，下图 8 为过程循环监控器功能图。当 LCM 信号被中断时，会切断 PCM 的电源以及隔离继电器，并将 VOBC 置于被动模式。所以当某一个副本的 PICC 无法成功解码（LCM）信号时，就造成了 VOBC 无法正常通过自检，导致 VOBC 启动失败。 图 8 4、总结和展望 本文对上海轨道交通 9 号线车载 VOBC 系统的“3 取 2”功能进行了介绍，并对其在实际工作中的优点及局限性进行了描述与分析，对某些关于冗余的特殊案例展开了探讨。同时希望通过日常的总结为日后系统软件的升级提供可靠的依据，尽可能大的发挥“3 取 2”的优势，为日常的维护工作指明方向，为 VOBC 系统的稳定运行提供保障。 【参考文献】 上海贝尔阿尔卡特.上海城市轨道交通 9 号线 ATC 系统 VOBC 维护手册.2007 谭复兴，高伟君.城市轨道交通系统概论.北京:中国水利水电出版社，2007.22.25
